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Prevention                                       Dr Raya Al-Naimi 
                                                          Lect.  12 
 

Mode of action of fluoride or mechanism of caries control of 
fluoride 
 
   Fluoride  act  in  several  different  ways  to  reduce  dental  caries 
action  and  this  multiplicity  of  effect  is  the  key  to  this  caries 
prevention action. 
 
1-  Enamel  crystal  structer  or  change  of  the  tooth  structer 

during the tooth formation. 

   

The principle mineral substance in enamel(also dentin and bone)  is the 

hydroxy apatite  HA, however the fluoride ions has a strong affinity for 

mineralized  tissues  and  hydroxy  apatite  can  be  readily  converted  in  to 

flouro apatite when fluoride has replaced  hydroxyl group and this takes 

place during period of formation and calcification of tooth. The relative 

proportion of FA to HA in enamel varies , with a higher proportion of FA 

in outer enamel  in enamel exposed to F sol or covered with plaque for a 

long period. 

A-  The  HA  crystals  tended  to  posses  voids  and  such  that  voids  were 

likely  to  increase  crystal  reactivity,  so  they  dissolve  more  readily  and 

easily , the F ion eliminates the voids and stabilizes the crystal structer  , 

so enamel with FA resist to demineralization and dissolution of enamel. 

B- Apitite crystals tend to be surrounded by a hydration layer which may 

include  other  ions  such  as  magnesium  carbonate  and  fluoride.  But 

magnesium  and  carbonate  ,  unlike    F  are  associated  with  poor 

crystallinity and a further favorable reaction of F would appear to be the 

ability  to  replace  magnesium  and  carbonatein  the  apitite  crystals  so 

making the crystal more stable. 


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C-  Incorporation  of  F  also  tend  to  increase  the  size  of  the  crystal,  this 

would  result  in  a  decrease  in  crystal  surface  area  per  unit  volume  and 

therefore reduce the rate of enamel dissolution. 

So  the  increase  in  F  concentration  in  enamel  is  either  while  the  apitite 

crystals of the tooth are forming (systemic F administration ) or after the 

enamel  is  formed  and  the  tooth  has  erupted  from  the  mouth  (  topical 

administration ), it has been found that maximum cariostatic effect will be 

reached when about 50 % of OH positions are reoccupied by F. 

 

2- Bacteriostatic Effect of Fluoride  

The F has inhibition effect on enzyme especially glycolytic enzyme like 

(enolase)  inhibit  glycolysis  ,  the  process  by  which  sugar  is  metabolized 

by bacteria to produce acid . 

There  is  also  some  evidence  that  F  inhibits  the  production  of  extra 

polysaccharide  (dextran)  by  cariogenic  bacteria  ,  necessary  process  for 

plaque adherence to smooth surfaces. 

A further possible mechanism , there is evidence that F may have specific 

bactericidal  action  on  cariogenic  bacteria  in  the  plaque  especially  in 

higher concentaration and at a low PH. 

 

The  F  concentration  necessary  for  reduction  of  acid  production  it  show 

that  even  a  low  conc.  Of  fluoride  1  –  2  ppm  of  F  are  able  to  produce 

detectable  reduction  in  acid  production  ,  10  ppm  produce  a  moderately 

large  reduction  in  acid  production  and  100  ppm  completely  inhibits 

bacterial growth. 

The amount of available F is several times greater in F rich then in low F 

area  in  dental  plaque,  so  the  bacteria  of  dental  plaque  formed  in 

fluoridated  area  when  exposed  to  levels  of  F  that  can 

inhibit  further 


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acid formation , were as those  of plaque formed in  non fluoridated  area 

are  not  , thus  the  PH  values  of  plaque  formed  in  low  fluoride  plaque  is 

much less  , so loss of enamel mineral occurs when the plaque is low in F 

and this loss is reduced when plaque F level is high. 

 

3- Remineralization 

    

It may be defined as a  deposite of mineral or inorganic substances in 

an area from which such substances were previously removed. 

In  early  stages  of  carious  lesion  (chalky)  the  lesion  is  not  simply  a 

process of demineralization, but is characterized by alternating period of 

destruction and repair. 

    During  the  carious  process  of  demineralization  of  enamel  ,  apitite  is 

reduced  to  simpler  compounds  or  ions  ,  but  during  a  subsequent 

remineralization phace the apitite will again be  formed . 

    Apitite  is  the  most  stable  and  least  soluble  of  biological  calcium 

phosphate  compounds  and  its  formation  during  mineralization  phase  is  

therefore  desirable,  one  of  the  most  important  actions  of  fluoride  is  its 

ability to increase the formation of apitite during remineralization . 

    A researcher suggested that during remineralization the outer layer of 

the apitite crystals may take up fluoride so that it acquires the property of 

fluoroapitite . 

     Possibly due to fluoride ability to inhanse remineralization of carious 

enamel  ,  fluoride  becomes  incorporated  in  to  the  new  crystal  structer 

increased amounts over many years . 

 

 

 

 


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Epidemiological evidence of remineralization invivo 

   Many  studies  noted  that  white  spot  lesion  of  caries  may  become 

arrested or retarded under favorable oral conditions. 

In  a  study  ,  the  examination  of  184  buccal  surfaces  of  maxillary  first 

molars in the same children at age 8  and again at age of 15 years , of 72 

surfaces with white spots at 8 years , 37 appeared sound at the age of 15 . 

 

Evidence  of  remineralization  from  experimental  caries  in 

man

 . 

   When  blocks  of  enamel  ,  covered  with  Teflon  gauze  to  facilitate 

bacterial  colonization  were  mounted  in  removable  partial  denture  in  the 

human mouth  , the  enamel  blocks  showed  surface  softening  as  detected 

by microhardness test ,when the gauze was removed to expose the enamel 

to  the  saliva  invivo  an  increase  in  hardness  occurred  in  the  block,  this 

increase in hardness was thought due to remineralization. 

    Recently  an  experiment  using  the  same  method  of  producing 

experimental  caries,  a  fluoride  solution  was  used  to  encourage 

remineralization , subsequently the healed lesion were again covered with 

gauze  to  create  a  cariogenic  environment,  the  enamel  which  had 

remineralized  was  now  found  to  be  more  resistant  to  dental  caries  then 

adjacent area of sound enamel it thus seems possible that a remineralized 

white  spot  lesion  may  be  more  resistant  to  carious  attack  than  sound 

enamel.This  cycle  could  occure  many  times  ,  each  time  resulting  in 

increased  concentration  of  fluoride  in  the  new  enamel  and  a  reduced 

susceptibility to future caries attack. 

  

Other  experiment,  the  subject  used  sucrose  mouth  rinse  for  23  days  to 

induce caries after this time oral hygiene procedures were  recommended  


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and  subjects  used  daily  mouth  rinses  with  0.2  %  NaF  solution  for  1 

month,  caries  scores  showed  regression  or  healing  of  the  experimental 

lesion during the F mouth rinsing regieme. 

 

Remineralization evidence invitro 

   

In this technique , the researcher used microhardness testing to measure 

the quantitive  change  in  enamel  surface.  In  these  experiments  , first  the 

sound  human  teeth  were  tested  for  hardness  and  then  tested  after 

softening with an acetate buffer solution and retested again after exposure 

to remineralizing solution and saliva which contained calcium , phosphate 

and fluoride ions , in this experiment it was assumed that the rehardening 

of the enamel surface was indicative for remineralization . 

 

 

4- Alteration in morphology of teeth 

Teeth  in  fluoride  areas  had  shallow  fissure  and  well  developed  well 

rounded cusps and some times where 2 % smaller. 

 

5- Delayed eruption of teeth in fluoridated areas 

Little support for this hypothesis. 

 

 

 

 

 

 


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How do Topical Fluoride work 

Several  mechanisms  have  been  postulated  and  it  is  entirely 

probable  that  a  combination  of  these  works  together  to  arrest  a 

preventive effect. 

 

1- Formation of fluorohydroxy apitite which cause the enamel to become 

more  resistant  to  dissolution  by  bacterial  acids  (  most  common 

hypothesis) 

2-  Fluoride  enriched  enamel  which  begins  to  dissolve  in  bacterial  acids 

liberates  a  quantity  of  fluoride  sufficient  to  retard  the  demineralization 

process and to promot remineralization. 

3-  The  frequent  application  of  topical  fluoride  can  reduce  the  relative 

quantity of cariogenic microorganism in plaque especially Strepto coccus 

mutans ,this is due to direct action of topical fluoride agent on bacteria or 

due to indirect rout involving fluoride released from enamel or plaque as 

a result of bacterial acid accumulating. 

4-  The  less  important  suggestion  is  that  fluoride  treatment  of  the  teeth 

will  lower  the  enamel  free  surface  energy  to  make  plaque  accumulation 

more difficult or could even desorb bacteria from hydroxyapitite. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Sultan Alsaffar
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